JPH07506690A - Preparation of bacteriorhodopsin mutants with increased memory time - Google Patents
Preparation of bacteriorhodopsin mutants with increased memory timeInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 増大された記憶時間を有するバクテリオロドプシン変異体の調製物及びその使用 技術分野 本発明は、増大された記憶時間を有するバクテリオロドプシン変異体の調製物及 び該調製物を可逆的光学情報記録のために使用することに関する。[Detailed description of the invention] Preparation of bacteriorhodopsin variants with increased memory time and uses thereof Technical field The present invention provides preparations and variants of bacteriorhodopsin with increased memory time. and the use of said preparation for reversible optical information recording.
従来の技術 レチナールタンパク質（Ｒｅｔｉｎａｌｐｒｏｔｅｉｎ）であるバクテリオロド プシンは、高い熱的、化学的及び光化学的な安定性及び光感度によって優れてい る生物学的フォトクロム（Ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍ）である［ Ｐ、 Ｋｏｕｙａ ｍａ、 Ｋ、 Ｋｉ−ｎｏｓｉｔｕ及び＾、 Ｉｋｅｇａｍｉ ： ５ｔｒａｃ ｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｕｕｃｔｉｏｎｏｆ Ｂａｃｔｅｒｉｏｒｈｏｄｏｐｓｉ ｎ％Ａｄｖ、 Ｂｉｏｐｈｙｓ、２４ （１９８８） 、５．１２３−１７５１ ゜このレチナールタンパク質は種々の応用の際には好ましくは紫膜（Ｐｕｒｐｕ ｒ■ｅｎ−ｒｂｒａｎ）の形で使用される。紫膜はバクテリオロドプシンの大抵 結晶質の緊密な二次元的配列から構成されており、この配列は脂質二重層中に挿 入されている。この形は極めて高い安定性を有する；溶出されたバクテリオロド プシンは不均一でより不安定である。Conventional technology Bacteriolod, a retinal protein Pusin is distinguished by high thermal, chemical and photochemical stability and photosensitivity. It is a biological photochrom (Photochrom) [P, Kouya ma, K, Ki-nositu and ^, Ikegami: 5trac ture and Fuction of Bacteriorhodopsi n%Adv, Biophys, 24 (1988), 5.123-1751 ゜This retinal protein is preferably used in purpura for various applications. r■en-rbran). The purple membrane is mostly of bacteriorhodopsin. It consists of a tight two-dimensional array of crystalline substances that are inserted into the lipid bilayer. is included. This form has extremely high stability; eluted bacterioloids Pushin is heterogeneous and more unstable.
該レチナールタンパク質は、その光互変性（Ｐｈｏｔｏ−ｃｈｒｏｍｅ Ｅｉｇ ｅｎｓｃｈａｆｔ）のために光学的情報記録用に使用することができる。光の作 用下でレチナール基の配置変化が惹起される。この配置変化は熱的にも光化学的 にも可逆的である。この変化は野生型ＢＲの場合には出発状態のオールトランス （ａｌｌ −ｔｒａｎｓ）から長寿命の中間体の１３−ｃｉｓへと経過する。そ れに伴って、レチナール基がそれによってタンパク質に結合されているシッフ塩 基結合のプロトン化状態が可逆的に変化する。The retinal protein is characterized by its photochromic property (Photo-chrome Eig). can be used for optical information recording. creation of light Under use, a change in the configuration of the retinal group is induced. This arrangement change is caused both thermally and photochemically. It is also reversible. In the case of wild-type BR, this change corresponds to the starting all-trans (all-trans) to the long-lived intermediate 13-cis. So Along with this, the Schiff salt by which the retinal group is bound to the protein The protonation state of the group bond changes reversibly.
光学的情報記録の場合、一般に、データ処理で必要になる短時間記憶と情報記憶 のために必要な長時間記憶の間には相違がある。In the case of optical information recording, short-term storage and information storage are generally required for data processing. There is a difference between the long-term memory required for
このような用途のための紫膜の利点は、達成可能の高い分解能（＾ｕＨｏｃｓｕ ｎｇ） （それというのも活性要素、つまりバクテリオロドプシン分子の構造サ イズは数ｎｍのオーダーにあるから）、該材料の高い耐光性及び優れた貯蔵安定 性にある。The advantage of purple membranes for such applications is the high achievable resolution (^uHocsu ng) (This is because the active element, that is, the structural component of the bacteriorhodopsin molecule (the size is on the order of a few nanometers), the material has high light resistance and excellent storage stability. It's in the sex.
紫膜の可能な技術的応用に関する概要は、Ｄ、 ０ｅｓｔｅ−ｒｈｅｌｔｌ Ｃ ，Ｂｒａｅｕｃｈｌｅｌ Ｎ、 Ｈａ閣ｐｐ： Ｂａｋｔｅｒｉｏｒｈｏｄｏｐ ｓｉｎ：＾ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ １ｌａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒ ｍａｔｉｏｎ Ｐｒ−ｏｃｅｓｓｉｎｇ、Ｑｕａｔｅｒｌｙ Ｒｅｖｉｅｗｓ ｏｆ Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃｓ、２−４（１９９１） 、Ｓ、４２５−４７８に見 出すことができる。この論文にはまた、ホログラフィ−用調製物、特にフィルム が記載されており、これらの一時的記録の場合には、光学的に書込まれた情報が 中心になっている。An overview of the possible technical applications of purple membranes can be found in D. , Braeuchlel N, Hakaku pp: Bakteriorhodop sin:＾ Biological 1lateral for Infor Pr-occessing, Quarterly Reviews of Biophysics, 2-4 (1991), S, 425-478. I can put it out. This article also describes holographic preparations, especially films. are described, and in the case of these temporary records, the information written optically is It is centered.
また、情報処理の分野に属する短時間メモリーとしての応用の他に、光学的情報 を長時間にわたり記憶するという関心もある。この場合特に、第一波長λ亀の光 で書込み可能でありかつ第二波長λ２の光で消去可能である媒体が重要である。In addition to its application as a short-term memory in the field of information processing, it is also used to store optical information. There is also an interest in remembering things over long periods of time. In this case, in particular, the light of the first wavelength λ What is important is a medium that is writable with light at a second wavelength λ2 and erasable with light at a second wavelength λ2.
これらの反応は形式的には反応式Ｅ−（λ＋） Ｐ−（λ２）−Ｅによって記載 されつる。ここでＥは該物質の初期−もしくは出発状＊ （Ｅｄｕｋｔ）であり 、ＰはＥの長寿命光生成物（Ｐｈ−ｏｔｏｐｒｏｄｕｋｔ） 、所謂メモリー状 態であり、この状態はそれ自体同様に光化学的に活性である。These reactions are formally described by the reaction formula E-(λ+) P-(λ2)-E It's coming. Here, E is the initial or starting state* (Edukt) of the substance. , P is a long-lived photoproduct (Ph-otoproduct) of E, so-called memory-like state, and this state is itself photochemically active as well.
記憶時間は、光生成物の３６．８％（１／ｅ）をその時間間隔内に先住用なしに 、つまり例えば熱的に他の間隔として定義されている。媒体の記憶時間は情報の 記憶のために働く状態の寿命に比例する。The storage time is such that 36.8% (1/e) of the photoproducts are removed without native use within that time interval. , that is, for example, thermally defined as another interval. Media storage time is information It is proportional to the lifespan of the state that works for memory.
記憶時間は、出発状態又は記憶状態の吸収帯の極大における時間従属的吸収変化 を測定することによって特定されうる。Memory time is the time-dependent absorption change at the maximum of the absorption band in the starting or memory state. can be identified by measuring
記憶媒体の吸収状態を情報のコード化のために使用する場合には、やはり波長に 依存している達成可能のコントラスト度（Ｋｏｎｔｒａｓｔｖｅｒｈａｅｌｔｎ ｉｓ）は、信号／雑音−比にとって決定的である。コントラスト度とは照射前及 び後の光互変性物質の吸収の比のことをいう。When using the absorption state of a storage medium to encode information, it also depends on the wavelength. The achievable contrast degree depends is) is decisive for the signal/noise ratio. Contrast level is the contrast level before irradiation. refers to the ratio of absorption of a photochromic substance after exposure.
最大コントラスト度は、未照射物質と照射物質とのスペクトル差が最大を有する 波長の場合に達成されうる。この場合コントラスト度はＥｄｕｋｔから光生成物 への最大に達成可能の変換によってのみ限定される。The maximum contrast degree is the maximum spectral difference between the unirradiated material and the irradiated material. This can be achieved in the case of wavelength. In this case, the contrast degree is calculated from Edukt to photoproduct limited only by the maximum achievable conversion to .
技術的応用にとっては、可能な書込み−／消去サイクルの数、すなわち該物質が Ｅ状態とＰ状態の間で光によって幾度切換えられつるかということが極めて重要 である。この数はできるだけ大きいことが要求される。For technical applications, the number of possible write/erase cycles, i.e. the material It is extremely important to know how many times the light switches between the E and P states. It is. This number is required to be as large as possible.
光互変性物質を可逆的情報記録のために使用する場合の一般的問題は、出発−及 び記憶状態の吸収の範囲における光の波長による記憶された情報の読取りもしく は走査が、情報の変化をもたらし、ひいては信号／雑音−比の減少をもたらすと いうことである。これはディジタル情報（黒−白）の場合には読取り後に情報を 更新する（＝リフレッシュ）ことによって補償されうる。アナログ信号記録の場 合には、これは実際に不可能である。この理由から光互変性物質はアナログ信号 の可逆的記録［グレイ記録（Ｇｒａｕ＋ｙｅｒｔａｕｆｚｅｉｃｈｕｎｇ）］用 には実際にほとんど使用されない。A common problem when using photochromic materials for reversible information storage is the reading or reading of stored information by wavelengths of light in the range of absorption of and storage states; means that scanning results in a change in information and thus in a reduction in the signal/noise ratio. That's what I mean. In the case of digital information (black-white), this means that the information is It can be compensated by updating (=refreshing). Place for analog signal recording In some cases this is not really possible. For this reason, photochromic substances are analog signals. for reversible recording [Grau+yertaufzeichung] of is actually rarely used.
野生型バクテリオロドプシン（Ｂ Ｒｗｔ）のフォトサイクル（Ｐｈｏｔｏｚｙ ｋｌｕｓ）は公知である。このフォトサイクルの長寿命中間体はＭ−状態といわ れる。Ｍ−状態の吸収極大は、Ｂ−状態と称されかつ約５７０ｎｍの吸収極大を 有するＢＲ，Ｔの出発状態から１６０ｎｍだけ相違する。同極大は４１０ｎｓで ある。Ｂ−状態の吸収帯の範囲の波長、例えば５７Ｏｎｓ±６０ｎｍの波長の光 でＢ−状態を照射すると、高い量子収率（平均≧６４％）の光化学反応が開始さ れ、これによって５０μｓ以内にＭ−状態の集団を生じる。Ｍ−状態は、ＢＲ， Ｔ紫膜の水性懸濁液中で約１０■Ｓの寿命を有する。Ｍ−状態は、その吸収帯の 範囲の波長、例えば４１０■の波長の光で出発状態に再変換されつる。この形で はＢＲ，Ｔ紫膜は情報記憶装置としては不適当である。ＢＲ，、を情報メモリー （Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｓｐｅｉｃｈｅｒ）として使用することができるた めには、Ｍ−状態は可及的に高い寿命を有しなければならない。Photocycle of wild-type bacteriorhodopsin (BRwt) klus) is well known. This long-lived intermediate in the photocycle is called the M-state. It will be done. The absorption maximum of the M-state is called the B-state and has an absorption maximum of about 570 nm. BR,T differs by 160 nm from the starting state. The same maximum is 410ns be. Light with a wavelength within the absorption band of the B-state, for example, a wavelength of 57 Ons ± 60 nm. When the B-state is irradiated, a photochemical reaction with high quantum yield (average ≥64%) is initiated. This produces a population of M-states within 50 μs. The M-state is BR, The T purple membrane has a lifetime of about 10 S in an aqueous suspension. The M-state is defined by its absorption band It is reconverted back to its starting state with light of a wavelength in the range, for example 410 cm. in this form The BR and T purple films are unsuitable for use as information storage devices. BR,, information memory (Information speakers) For this purpose, the M-state must have as long a lifetime as possible.
Ｍ状態の寿命を高めるためには、２つの手段が知られている： １、 低温： ＜−５０℃の温度の場合には、Ｍ−状態は“凍結（ｅｉｎｇｅｆ ｒｏｒｅｎ） ”されうる、すなわちＭ−状態の熱緩和（ｔｈｅｒ＋５ｉｓｃｈ ｅ Ｒｅ１ａｘａｔｉｏｎ）が阻止される［Ｓ、 Ｐ、 Ｂａ１ａｓｈｏｖ、 Ｆ、 ＬｉｔｖｉｎｌＰｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｎｖｅ−ｒｓｉｏｎｓ ｏｆ Ｂａｃｔｅｒｉｏｒｈｏｄｏｐｓｉｎ、 Ｂｉｏｐｈｙｓ、Ｊ、２６ （１９８１）、３．５６６−５８１１．ＢＲ，Ｔを前記の温度で青色光で、例え ば４１０ｎ−で光化学的に基底状態に復帰させる可能性は保存されている。Two means are known to increase the lifetime of the M state: 1. Low temperature: For temperatures <-50℃, the M-state is “frozen” (eingef roren)”, that is, M-state thermal relaxation (ther+5isch e Reaxation) is prevented [S, P, Ba1ashov, F, Litvinl Photochemical Conve-rsions of Bacteriorhodopsin, Biophys, J, 26 (1981), 3.566-5811. BR,T at the above temperature with blue light, e.g. The possibility of photochemically returning to the ground state with 410n- is preserved.
２、 脱水：Ｍ−状態の寿命は、ＢＲ，↑−調製物から水を除去することによっ て約１５ Ｑ ｓｅｃ延長することができる［Ｒ，Ｋｏｒｅｎｓｔｅｉｎ、 Ｂ 、 Ｈｅ５ｓ、 Ｈｙｄｒａｔｉｏｎ Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆ Ｃ１５−ｔｒａｎ ｓ ）ｓｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂａｃｔｅｒｉｏｒｈｏｄｏｐｓｉｎ Ｚ、Ｃｈｅｎ、＾、Ｌｅｖｉｓ、Ｉｔ、Ｔａｋｅｉ、１． Ｎｅｂｅｎｚａｈｌ 、＾ｐｐｌ−ｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂａｃｔｅｒｉｏｒｈｏｄｏｐｓｉｎ ０ ｒｉｅｎｔｅｄ ｉｎ Ｐｏ１ｙｖｉ−ｎｙｌ ＾１ｃｏｈｏｌ Ｆｉｌｍｓ ａｓ ａｎ Ｅｒａｓａｂｌｅ ０ｐｔｉｃａｌ Ｓｔｏｒａｇｅｌｌｅｄｉｕ ｍ、＾ｐｐｌ、Ｏｐｔ、３０ （１９９１） 、Ｓ、１８８−１ ９６ ； Ｔ 、Ｖ、Ｄｙｕｋｏｖａ、Ｎ、Ｎ、Ｖｓｅｖｏｌｏｄｏｖ、Ｌ、Ｎ、Ｃｈｅｋ−ｕ ｌａｅｖａｌ Ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ａ ｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆＢａｃｔｅｒｉｏｒｈｏｄｏｐｓｉｎ ｉｎ Ｐｏｌｙｍ ｅｒ ｌ１ａｔｒｉｃｅｓ ｏｎ ｉｔｓ Ｄｅ−低温でＢＲ−ｔを含有する紫 膜の使用はとりわけ次の欠点を有する： 使用時には永続的冷却が必要である。記憶媒体上での空気水分の凝縮を排除する 特別な装置で作業を行わねばならない。冷却のための電気的装備の欠落又は他の 技術的欠陥によってデータ損失が起りうる。これらの欠点は技術的応用の場合に は許容できるものではなく、従ってＢＲ，、の使用は技術的には重要ではない。2. Dehydration: The lifetime of the M-state is increased by removing water from the BR,↑-preparation. can be extended by about 15 Q sec [R, Korenstein, B , He5s, Hydration Effectsof C15-tran s) somerization of Bacteriorhodopsin Z, Chen, ^, Levis, It, Takei, 1. Nebenzahl , ^ppl-cation of Bacteriorhodopsin 0 oriented in Po1yvi-nyl ^1 cohol Films as an Erasable 0pticalStoragellediu m, ^ppl, Opt, 30 (1991), S, 188-1 96; T , V., Dyukova, N.N., Vsevolodov, L.N., Chek-u. laeval Change in the Photochemical A activity of Bacteriorhodopsin in Polym er l1trices on its De-purple containing BR-t at low temperature The use of membranes has inter alia the following disadvantages: Permanent cooling is required during use. Eliminate condensation of air moisture on storage media The work must be carried out using special equipment. Lack of electrical equipment for cooling or other Data loss can occur due to technical defects. These drawbacks can be seen in technical applications is not acceptable and therefore the use of BR, , is technically unimportant.
Ｍ−寿命を脱水によって延長する場合にも同様なことがいえる。Ｍ−寿命は、達 成可能な記憶時間が、１日から１０年までの範囲の技術的に必要な記憶時間を下 回るオーダーについては分範囲にある、という欠点を有する。The same holds true when extending M-life by dehydration. M-life is reached The achievable memory time is below the technically necessary memory time, which ranges from 1 day to 10 years. It has the disadvantage that the order of rotation is in the minute range.
さらに、ＢＲｌを含有する紫膜は３未満のｐＨ値で青色形に変化されることは公 知である。このような膜は“青色膜”と称される［Ｌ Ｋｉｍｕｒａ、＾、 Ｉ ｋｅｇａｍｉ、 Ｗ。Furthermore, it is known that the purple membrane containing BRl is transformed into a blue form at pH values below 3. It is knowledge. Such a film is called a “blue film” [L Kimura, ^, I kegami, W.
５ｔｏｅｃｋｅｎｉｕｓ１５ａｌｔ ａｎｄ ｐｉ−１−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆｔｈｅ Ｐｕｒｐｌｅ ｌｌｅｍｂｒａｎｅ Ａｂｓｏｒ ｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ、Ｐｈｏｔｏｃ−ｈｅａ、Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌ、 土０ （１９８４）、Ｓ、４６１−４６４］。この形は、紫膜懸濁液からイオン 、特に２価の陽イオン（例えばＣａ２“、Ｍ ｇ２“）を除去する場合にも得ら れる［Ｃ，Ｉｌ、 Ｃｈａｎｇ、 Ｓ、Ｙ、 ＬｉｕＳＲ，ＪｏｎａｓＳＲ。5toeckenius15alt and pi-1-dependent Changes of the Purple llembrane Absor tion Spectrum, Photoc-hea, Photobiol, Sat0 (1984), S, 461-464]. This form is an ion from the purple membrane suspension. , especially when removing divalent cations (e.g. Ca2", Mg2"). [C, Il, Chang, S, Y, LiuSR, JonasSR.
Ｇｏｄｖｉｎｊｅｅ、 Ｔｈｅ Ｐｉｎｋ Ｉｌｅｍｂｒａｎｅ ： Ｔｈｅ ５ｔａｂｌｅ Ｐｈｏｔｏｐ−ｒｏｄｕｃｔ ｏｆ Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ ｐｕ ｒｐｌｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ、ＢｉｏｐｈｙｓＳＪ、５２ （１９８７）、Ｓ、 ６１７−６２３］。この形は光化学的に活性であり、バラ色形、所謂“ピンク膜 （ｐｉｎｋ ａ＋ｅｍｂｒａｎｅ） ”に変化されつる［Ｓ、 ｆ、 Ｌｉｕｌ Ｔ。Godvinjee, The Pink Ilembrane: The 5table Photo-product of Deionized pu rple Membrane, Biophys SJ, 52 (1987), S. 617-623]. This form is photochemically active and has a rosy form, the so-called “pink membrane”. (pink a+embrane)” [S, f, Liul T.
ｇ、 Ｅｂｒｅｙ、 Ｔｈｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｎｅｃｙ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｉｎｔｃｒｃ−ｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｒ ｔｈｅ Ｂｌｕｅ ａｎ ｄ ｒ’ｉｎｋ Ｆｏｒｍｓ ｏｆ ＰｕｒｐｌｅＭｅｍｂｒａｎｅ、 ｒ’ｈ ｏＬｏｃｈｃｍ、 Ｉ’ｈｏｔｏｂｉｏ１．±６ （１９８７）、Ｓ、２６３− ２６７１゜このバラ色形も同様に光化学的に活性であり、光によって青色形に復 帰されつる。g, Ebrey, The Quantum Efficiency for the Intcrc-onversion or the Blue an d r’ink Forms of Purple Membrane, r’h oLochcm, I'hotobio1. ±6 (1987), S, 263- 2671° This rose-colored form is also photochemically active and can be reverted to its blue form by light. Returned vine.
この青色形は技術的には使用することができない、それというのもこの形はあま りに小さすぎる光化学的安定性を有しており、僅かな照射でもすでに不可逆的に 退色されるからである［Ｋ、Ｔｓｕｊｉ、 Ｋ、 Ｒｏｓｅｎｈｅｃｋ、 Ｔｈ ｅＬｏｗ ｐＨ−５ｐｅｃｉｅｓ ｏｆ Ｂａｃｔｅｒｉｏｒｈｏｄｏｐｓｉｎ 、 Ｆ Ｅ Ｂ ５Ｌｅｔｔ、９８ （１９７９） 、Ｓ、３６８−３７２１ 、 この青色膜の可逆性は５００書込み−／消去サイクルよりも著しく小さい。This blue shape cannot be used technically, because this shape is It has extremely low photochemical stability, and even a small amount of irradiation is already irreversible. This is because the color fades [K, Tsuji, K, Rosenheck, Th eLow pH-5pecies of Bacteriorhodopsin , FE B 5 Lett, 98 (1979), S, 368-3721 , the reversibility of this blue film is significantly less than 500 write-/erase cycles.
また、室温でＢＲ，、の光生成物よりも安定な光生成物を有するバクテリオロド プシン変異体も公知であるこのバクテリオロドプシン変異体の場合には、アミノ 酸＾ｓｐが９６位でＡｓｎと交換されている。出発状態及び長寿命中間生成物の レチナール配置は野生型のその都度の配置に等しい。このバクテリオロドプシン −変異体を含有する紫膜変形物の場合には、長寿命光生成物の寿命は外部ｐＨに 依存している。この寿命は外部ｐ Ｈによって調節されうるし、アルカリ性ｐＨ 値で延長される。１６３秒までの長寿命光生成物の寿命は９のｐ Ｈ値で得られ た［＾、 Ｍｉｌｌｅｒ、 Ｄ、 Ｏｅｓｔｅｒｈｅｌｔｌｏｉｏｃｈｉｍ、Ｂ ｉｏｐｈｙｓ、ＡｃＬａ １ ０ ２ ０ （１９９０） Ｓ、５７−６４ ； Ｋｉｎｅｔｉｃ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉｏｒｈｏ ｄｏ−ｐｓｉｎ ｂｙ ａｓｐａｒｔｉｃ ａｃｉｄ ９５ ａｓ ａｎ １ｎ ｔｅｒｎａｌ ｐｒｏｔｏｎｄｏｎｏｒ］ 。より強いアルカリ性ｐ Ｈ値（１ ３−１４）を使用することは不可能である。それというのも該タンパク質の安定 性、ひいては該タンパク質から製造された記録媒体の可能な使用時間は著しく低 下するからである。In addition, bacteriorodes with photoproducts that are more stable than those of BR, at room temperature. In the case of this bacteriorhodopsin mutant, for which psin mutants are also known, amino Acid^sp is exchanged with Asn at position 96. Starting state and long-lived intermediate products The retinal configuration is equal to the respective configuration of the wild type. This bacteriorhodopsin - In the case of purple membrane variants containing mutants, the lifetime of the long-lived photoproduct depends on the external pH. dependent. This lifetime can be regulated by external pH, and alkaline pH Extended by value. Long-lived photoproduct lifetimes of up to 163 seconds were obtained at a pH value of 9. [^, Miller, D, Oesterheltloichim, B iophys, AcLa 1 0 2 0 (1990) S, 57-64; Kinetic optimization of bacterial do-psin by aspartic acid 95 as an 1n internal protondonor]. Stronger alkaline pH value (1 3-14) is not possible. This is because the protein is stable. The properties and thus the possible usage time of recording media made from the protein are significantly lower. Because it will be lowered.
レチナール発色団の交換によって得られた、バクテリオロドプシンの野生型の変 種は、技術的にはあまり重要ではない、それというのも該変種は発色団を含まな い紫膜［アポ膜（＾ｐｏＩＩＩｅｍｂｒａｎ） ］を製造精製し、次に合成レチ ナール類似体を加えることによってのみ製造されうるからである。これらの工程 は費用がかかる。さらに一般的には、すべてのバクテリオ−オプシン−分子には レチナール類似体が配置されていない紫膜が得られる。A wild-type variant of bacteriorhodopsin obtained by exchanging the retinal chromophore. The species is technically of little importance since the variety does not contain a chromophore. A purple membrane [apoIIIembran] is manufactured and purified, and then a synthetic reticle is produced and purified. This is because it can only be produced by adding a naal analogue. These processes is expensive. More generally, all bacterio-opsin molecules have A purple membrane is obtained in which no retinal analogs are located.
本発明の課題は、室温での有利な特性、とりわけ公知の紫膜変形物と比べて延長 された、光生成物の寿命を有する紫膜変形物の調製物（Ｚｕｂｅｒｅｉｔｕｎｇ ）を提案することであった。The object of the invention is to provide advantageous properties at room temperature, especially extended compared to known purple membrane variants. Preparation of a purple membrane variant with a photoproduct lifetime (Zubereitung) ).
発明の開示 前記課題は、少な（とも１種の紫膜変形物を含有する調製物であって、バクテリ オロドプシン変異体が室温で出発状態の吸収帯の範囲内の波長を有する光で照射 されて５０％よりも多くが、出発状態に対して少な（とも１Ｏｎ−だけスペクト ル的に変位された吸収極大を有する光生成物に変化され、同光生成物がその吸収 帯の範囲内の波長を有する光で照射されて出発状態に再変換されうる前記調製物 によって解決され、その特徴とすることは、光生成物のレチナールの配置が出発 状態のレチナールの配置に対して変化されていて、１３−ｃｉｓではなく、 かつ／又はレチナールのシッフ塩基結合が加水分解されており、 かつ／又は光生成物が１日を越える記憶時間を有しかつ／又は光生成物が初めの コントラスト度（Ｋｏｎ−ｔｒａｓｖｅｒｈａｅｌｔｎｉｓ）の少なくとも５０ ％を保持しつつ少なくとも１０４の書込み−／消去サイクルを許し、かつ該調製 物のｐＨ値が３〜１１にあり、かつ該調製物の水分が同調製物の全重量に対して ゛１〜３０重量％であり、 かつプロトン運動性の調節助剤が使用された紫膜変形物の量に対して１〜８０重 量％の濃度で存在し、かつ場合により マトリックス物質が該調製物の全重量に対して最高１０重量％までの濃度で存在 することである。Disclosure of invention The problem is a preparation containing a small amount (at least one type of purple membrane variant) of bacterial Orodopsin mutants are irradiated with light having a wavelength within the absorption band of the starting state at room temperature. more than 50% of the starting state, but less than the starting state (both by 1On-) is converted into a photoproduct with an absorption maximum that is physically displaced, and the same photoproduct has its absorption maximum. Said preparation can be reconverted to the starting state by irradiation with light having a wavelength within the range of It was solved by It has been changed to the state retinal configuration and is not 13-cis, and/or the Schiff base bond of retinal is hydrolyzed, and/or the photoproduct has a storage time of more than one day and/or the photoproduct has a storage time of more than one day. Contrast degree of at least 50 %, allowing at least 104 write-/erase cycles, and the preparation The pH value of the product is between 3 and 11, and the water content of the preparation is relative to the total weight of the preparation. ゛1 to 30% by weight, and 1 to 80 times the amount of the purple membrane modified product in which the proton mobility regulating agent is used. present in a concentration of % and optionally The matrix substance is present in a concentration of up to 10% by weight relative to the total weight of the preparation. It is to be.
紫膜変形物は、１種以上のバクテリオロドプシン変異体を含有する紫膜である。A purple membrane variant is a purple membrane that contains one or more bacteriorhodopsin variants.
バクテリオロドプシン変異体とは、１種以上のアミノ酸の交換及び／又は挿入及 び／又は欠落によって及び／又はレチナール類似顔料によるレチナール発色団の 交換によって野生型バクテリオロドプシンから相違しているバクテリオロドプシ ンのことを云う。A bacteriorhodopsin variant is one that contains one or more amino acid exchanges and/or insertions. retinal chromophore by retinal-like pigments and/or by lack of retinal bacteriorhodopsin that differs from wild-type bacteriorhodopsin by an exchange I'm talking about.
本発明による調製物を製造するためには、光を照射すると、ｌ ３−ｃｉｓ、好 ましくは９−ｃｉｓとは異なるレチナール配置を有する光生成物を形成する紫膜 変形物が適当である。さらに、光の照射で、該タンパク質の結合位置に遊離のレ チナール分子を有する光生成物を形成する紫膜変形物も適当である。To produce the preparation according to the invention, upon irradiation with light, l3-cis, preferably Preferably, a violet membrane that forms a photoproduct with a retinal configuration different from 9-cis. Variants are appropriate. Furthermore, upon irradiation with light, free receptors are generated at the binding site of the protein. Also suitable are purple membrane variants that form photoproducts with chinar molecules.
適当な紫膜変形物は、例えば、Ｄ、０ｅｓｔｅｒｈｅｌｔ、 Ｇ、ｌ［ｒ−ｉｐ ｐａｈｌＡｎｎ、 Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ、（Ｉｎｓｔ、 Ｐａ５ｔｅｕｒ） １ ３４ Ｂｏｔｈ ｏｆ Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉａ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｌｌｓｅ ｆｏｒ ｌ５ｏｌａｔｉｏｎｏｆ Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌｌｙ− Ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ Ｍｕｔａｎｔｓ、又はＪ 、５ｏｐｐａ、 Ｄ、０ｅｓｔ ｅｒｈｅｌｔ、 Ｊ、Ｂｉｏｌ、Ｃｈｅｗ、２６４ （１９８９） 、１３０４ ３−１３０４８頁； Ｂａｃｔｅｒｉｏｒ−ｈｏｐｓｉｎ Ｍｕｔａｎｔｓ ｏ ｆ １ｌａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｓ ５ｐｅｃ、Ｇ ＲＢ 、１ 。Suitable purple membrane variants are, for example, D, 0esterhelt, G, l[r-ip pahlAnn, Microbiol, (Inst, Pa5teur) 1 34 Both of Halobacteria and Its Llse for l5olation of Photosynthetically- Deficient Mutants, or J, 5oppa, D, 0est erhelt, J. Biol, Chew, 264 (1989), 1304 Page 3-13048; Bacterior-hopsin Mutants o f 1 lalobacterius 5 pec, G RB, 1.
Ｔｈｅ ５−Ｂｒｏａ＋ｏ−２’−Ｄｅｓｏｘｙｕｒｉｄｉｎｅ−３ｅｌｅｃｔ ｉｏｎ ａｓ ａＭｅｔｈｏｄ ｔｏ ｌ５ｏｌａｔｅ Ｐｏ１ｎｔ Ｍｕｔａ ｎｔｓ ｉｎ １ｌａｌｏｂａｃｔｅｒｉａ、又はＪ、５ｏｐｐａ％Ｄ、 ０ｅ ｓｔｅｒｈｅｌｔ、 Ｂｉｏｌ、 Ｃｈｅｓ、 Ｈｏｐｐｅ−３ｅｙｌｅｒ ３ ６８（１９８７） 、１１１６頁； ｌ５ｏｌａｔｉｏｎａｎｄ Ｃｈａｒａｃ ｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂａｃｔｅｒｉｏｒｈｏｐｓｉｎ Ｍｕｔａｎｔ ｓｏｆ Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ Ｇ ＲＢ又はＢ、Ｆ、 Ｎｉ％Ｍ、 Ｃ ｈａｎｇ、＾。The 5-Broa+o-2'-Desoxyuridine-3 select ion as aMethod to l5olate Po1nt Muta nts in 1lalobacteria, or J, 5oppa%D, 0e sterhelt, Biol, Ches, Hoppe-3eyler 3 68 (1987), p. 1116; Terization of Bacteriorhopsin Mutant sof Halobacterium G RB or B, F, Ni%M, C Hang, ^.
Ｄｕｓｃｈ １、Ｊ、Ｌａｎｙｉ、Ｒ，Ｎｅｅｄｌｅｍａｎ ：＾ｎ Ｅｆｆｉ ｃｉｅｎｔ ５ｙ−ｓｔｅｓ＋ ｆｏｒ ｔｈｅ ５ｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｂａｃｔｅｒｉｏｒｈｏｐｓｉｎ ｉｎ Ｈａ−１ｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｈａ ｌｏｂｉｕｍ、 Ｇｅｎｅ ９０ （１９９０） 、１６９−１７２頁に記載さ れた方法により製造することができる。Dusch 1, J, Lanyi, R, Needleman: ^n Effi cient 5y-stes+ for the 5ynthesis of Bacteriorhopsin in Ha-1 obacterium ha lobium, Gene 90 (1990), pages 169-172. It can be manufactured by a method according to the following methods.
このような紫膜変形物は公知方法で単離し、精製することができる。このような 公知方法は例えば、Ｓ、Ｎ−ｅｕｍａｎ、 Ｈ，Ｌｅｉｇｅｂｅｒ、 Ｖｅｒｆ ａｈｒｅｕ ｚｕｒ Ｂｅｒｓｔｅｌｌｕｎｇ ｖｏｎＰｕｒｐｕｒＩＩｅｍｂ ｒａｎ ｅｎｔｈａｌｔｅｎｄ Ｂａｋｔｅｒｉｏｒｈｏｄｏｐｓｉｎ ［１９ ８９年７月５日に出願されたドイツ国特許出願第３９２２１３３号明細書、これ は１９９２年１月１日に特許授与された米国特許第５０７９１４９号明細書に相 当する］に記載されている。Such a purple membrane variant can be isolated and purified by known methods. like this Known methods include, for example, S, N-euman, H, Leigeber, Verf. ahreu zur Berstellung von PurpurIIemb ran enthaltend Bakteriorhodopsin [19 German Patent Application No. 3922133 filed on July 5, 1989, this No. 5,079,149, issued January 1, 1992. applicable].
本発明の調製物を製造するためには、例えば、光生成物のレチナール発色団の配 置が７−ｃｉｓ、 １１−ｃｉｓ又は９−ｃｉｓである場合の紫膜変形物（９− ｃｉｓ、配置を有するものが好ましい）が適当である。To produce the preparations of the invention, for example, the configuration of the retinal chromophore of the photoproduct Violet membrane variant (9-cis) when the position is 7-cis, 11-cis or 9-cis (preferably those having a cis, configuration) are suitable.
本発明の調製物を製造するためには、特に、バクテリオロドプシン変異体Ｂ Ｒ ｏ６Ｂ、０６Ｎを含有する紫膜変形物が好ましい。In order to produce the preparations of the invention, in particular the bacteriorhodopsin variant BR A purple membrane variant containing o6B, 06N is preferred.
この紫膜変形物は、例えば既知の方法により、ベクターｐ３１９／Ｄ８５．９６ Ｎで形質転換されたハロバクテリウムの菌株Ｌ３３から得られる。Ｌａ３（ＤＳ Ｍ ５７３５ ）はブダペスト条約によりＤＳＭ（ドイツ微生物収集機関）に １９９０年１月３日に寄託された。ｐ３１９／Ｄ８５．９６Ｎ （ＤＳＭ６２２ ５）はブダペスト条約によりＤＳＭで１９９０年１月３１に寄託された。この菌 株及び他の適当な菌株の調製方法は、１９９０年１１月２３日に出願されたドイ ツ国特許出願第Ｐ４０３７３４２．８号明細書中に記載されている。This purple membrane variant can be obtained by, for example, vector p319/D85.96 by known methods. obtained from Halobacterium strain L33 transformed with N. La3(DS M5735) was designated by the DSM (German Collection of Microorganisms) under the Budapest Treaty. Deposited on January 3, 1990. p319/D85.96N (DSM622 5) was deposited with the DSM on January 31, 1990 pursuant to the Budapest Treaty. This fungus strain and other suitable methods for the preparation of strains are described in the It is described in the Chinese Patent Application No. P4037342.8.
適当な紫膜変形物は、緩衝剤で３〜１１のｐＨ値、好ましくは４〜６のｐＨ値に 調節される。紫膜変形物の乾燥重量に対して１〜８０重量％、好ましくは５〜２ ０重量％の、プロトン運動性の調節助剤を加える。A suitable purple membrane variant is buffered to a pH value of 3 to 11, preferably to a pH value of 4 to 6. adjusted. 1 to 80% by weight, preferably 5 to 2% by weight based on the dry weight of the purple membrane variant Add 0% by weight of proton mobility regulating aid.
プロトン運動性の調節助剤は、例えば、グリセリン、グアニジン、アルギニン、 尿素、ジエチルアミン、アジド、シアネート、単糖類、二糖類及び多糖類、単官 能性又は多官能性アルコールの群から選択された１種以上の物質である。好まし くはグリセリン、アルギニン及び／又はジエチルアミンを使用する。特にグリセ リンが好適である。Proton mobility regulating agents are, for example, glycerin, guanidine, arginine, Urea, diethylamine, azide, cyanate, monosaccharide, disaccharide and polysaccharide, monofunctional one or more substances selected from the group of functional or polyfunctional alcohols. preferred Alternatively, use glycerin, arginine and/or diethylamine. Especially Grise Phosphorus is preferred.
該調製物のその都度の使用にとって必要な場合には、さらに最高１０重量％まで のマトリックス物質も加えることができる。マトリックス物質としては、ポリア クリルアミド、ゼラチン、アガロース、寒天、ポリビニルピロリドン、ポリビニ ルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリヒドロキンメタクリレート、ポリア クリレート又はこれらの物質から成る混合物を使用することができる。このよう にして得られた懸濁液から水を除去して、該調製物の全重量に対して最高１〜３ ０％、好ましくは５〜２０％の水の残留分にする。If necessary for the respective use of the preparation, further up to a maximum of 10% by weight. A matrix material can also be added. Poria is used as a matrix material. Acrylamide, gelatin, agarose, agar, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyhydroquine methacrylate, polyalcohol Acrylates or mixtures of these substances can be used. like this Water is removed from the suspension obtained by adding up to 1 to 3 ml of water based on the total weight of the preparation. A residual water content of 0%, preferably 5-20%.
紫膜懸濁液からの水の除去は、遠心機における沈降、乾燥又は所望の溶剤に対す る反復透析によって達成することができる。場合によってはこれらの方法の幾つ かを組合せることもできる。Removal of water from the purple membrane suspension can be accomplished by sedimentation in a centrifuge, drying or by adding to the desired solvent. This can be achieved by repeated dialysis. Some of these methods You can also combine them.
紫膜変形物のこれらの調製物は、室温で、１日よりも長い記憶時間を有する熱安 定性光生成物を有している。These preparations of the purple membrane variant are thermostable at room temperature with a storage time longer than 1 day. It has a qualitative photoproduct.
さらに該調製物は、初めのコントラスト度の少なくとも５０％を保持しつつ少な くとも１０４の書込み一／消去サイクルを可能にする。Furthermore, the preparation retains at least 50% of the original contrast while reducing Allows for at least 104 write/erase cycles.
バクテリオロドブンン変異体Ｂ Ｒｏｓａ、 ｅｓｗを含有する紫膜変形物を使 用する場合には、上記の条件により本発明により製造した調製物は、少なくとも １力月の記憶時間を有する。Bacteriorhodobun mutant B Rosa, using a purple membrane variant containing esw. When used, the preparations produced according to the invention according to the conditions described above contain at least It has a memory time of 1 month.
情報記憶のために本発明による調製物を使用すると、本発明の記憶材料の熱安定 状態は出発状態としても、記憶状態としても適当である。When using the preparation according to the invention for information storage, the thermal stability of the storage material according to the invention The state is suitable both as a starting state and as a storage state.
好ましい実施態様においては、該調製物の出発状態及び光生成物の吸収極大は、 固体レーザないしは半導体レーザの光放射範囲（Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓｂｅｒｅｉ ｃｈ）内にある本発明の調製物は、好ましくは、吸収極大における、０１〜１０ 、好ましくは１〜３の光学密度を有するフィルムの形で使用する。In a preferred embodiment, the starting state of the preparation and the absorption maximum of the photoproduct are: Light emission range of solid-state laser or semiconductor laser Preparations of the invention within ch) preferably have an absorption maximum of 01 to 10 , preferably in the form of a film with an optical density of 1 to 3.
本発明の調製物を、紫膜含有フィルムを製造するために使用する場合には、該調 製物を重力の作用下に管理された光学的品質を有する支持体の表面に塗布しかつ 第２の支持体でシールする。固定された紫膜を含有するフィルムの製造の場合に も同様に所謂“スピンコーチング（ｓｐｉｎ−ｃｏａｔｉｎｇ）−法が適当であ る。When the preparation of the invention is used for producing a film containing purple membrane, the preparation The product is applied to the surface of a support with controlled optical quality under the action of gravity and Seal with the second support. In the case of production of films containing fixed purple membranes Similarly, the so-called "spin-coating" method is suitable. Ru.
本発明の紫膜含有フィルムは、例えば可逆的情報のための装置において使用する ことができる。ＢＲフィルムを有する可逆的情報記録のためのこのような装置は 、記録材料としての本発明の調製物、第一の波長の書込み光源、記憶された情報 を読取るための第二の光源及び場合により第三の波長で消去するための光源から 構成されている。The purple film-containing film of the invention is used, for example, in devices for reversible information. be able to. Such a device for reversible information recording with BR film is , a preparation of the invention as a recording material, a writing light source of a first wavelength, information stored from a second light source for reading and optionally for erasing at a third wavelength. It is configured.
情報は、出発状態の吸収極大の範囲内の波長を有する光で調製物を照射すること によって書込まれる。情報を読取るための光源は、初期−又は記憶状態の吸収帯 内にある波長を有している。この波長によって本発明の物質の吸収状態が特定さ れる。この方法によると、記憶された情報は吸収的にのみ読取られ、位相感学的 （ｐｈａｓｅｎｓｅｎｓｉｔｉｖ）には読取られ得ない。これは、記憶された情 報が読取り時に破壊されることを意味する。The information is that the preparation is irradiated with light having a wavelength within the range of the absorption maximum of the starting state. Written by. The light source for reading information is the absorption band of the initial or memory state. It has a certain wavelength within the range. This wavelength specifies the absorption state of the substance of the present invention. It will be done. According to this method, the memorized information is read only absorptively and topologically (phasensensitiv) cannot be read. This is the memorized information. This means that the information is destroyed when read.
本発明の調製物を使用する場合には、記憶された情報の破壊のない読取りを許す 方法を用いるのが望ましい。When using the preparation of the invention, it allows non-destructive reading of stored information It is preferable to use a method.
このような方法の場合には、本発明の調製物で情報を記録しかつ情報を読取るた めにはその都度具なる波長を有する直線偏光を使用する。出発状態の吸収極大の 範囲内の波長の直線偏光で照射することによって該調製物内に光化学的変化が誘 起される。これから該調製物内に異方的吸収分布が生じる。これと平行にまた屈 折率の異方的分布も起こる。In the case of such a method, the preparation of the invention is used for recording and reading information. For this purpose, linearly polarized light with a specific wavelength is used in each case. The absorption maximum of the starting state Photochemical changes are induced within the preparation by irradiation with linearly polarized light of a wavelength within the range. wake up This results in an anisotropic absorption distribution within the preparation. Parallel to this, bend again. An anisotropic distribution of refractive index also occurs.
このように記憶された情報の破壊のない読取りは、該調製物を、光化学的には作 用せず、励起光の偏光方向に対しては平行でも垂直でもない偏光方向を有する直 ｓｋｉ光の検出光によって照射するように行なわれる。読取りのためには、３６ ０ｎ−〜３μｍの範囲、特に好ましくは６５０ｎ■〜８５０■の範囲の波長の光 が適当である。光化学的に作用しない、直線偏光の検出光は、好ましくは記録用 の光の偏光方向に対して４５６だけ旋回された偏光方向を有する。検出光の偏光 状態は、検出光が記録材料を通過した後は変化した。検出光の偏光状態の前記変 化は特定される。これは例えば検出光の初めの偏光方向に対して垂直の検出光の 強さを測定することによって行うことができる。この測定は例えば直線偏光フィ ルターを用いて行うことができる。Non-destructive reading of the information stored in this way allows the preparation to be Direct polarization direction that is neither parallel nor perpendicular to the polarization direction of the excitation light. This is done by irradiating with the detection light of the ski light. For reading, 36 Light with a wavelength in the range from 0n to 3μm, particularly preferably from 650n to 850μm is appropriate. The linearly polarized detection light, which does not act photochemically, is preferably used for recording purposes. has a polarization direction rotated by 456 with respect to the polarization direction of the light. Polarization of detection light The conditions changed after the detection light passed through the recording material. The change in the polarization state of the detection light is specified. This means, for example, that the detected light is perpendicular to the initial polarization direction of the detected light. This can be done by measuring strength. This measurement can be performed, for example, using a linearly polarized light beam. This can be done using a router.
情報の消去は、記憶状態の吸収帯の範囲内にある波長を有する偏光又は非偏光で 照射することによって行うことができる。照射時間はその都度の操作パラメータ ー、すなわち照射光の波長及び／又は能力（Ｌｅｉｓｔ−ｕｎｇ）もしくは調製 物中の物質濃度及び／層厚に依存している。The information can be erased using polarized or unpolarized light with a wavelength that is within the absorption band of the stored state. This can be done by irradiating. Irradiation time is a respective operating parameter - i.e. the wavelength and/or power of the irradiating light or its preparation. It depends on the material concentration and/layer thickness in the material.
書込み系／方法はディジタル及びアナログ情報の記憶のために使用することがで きる。情報は直接又はホログラフィ−により該物質中に記憶されうる。The writing system/method can be used for storage of digital and analog information. Wear. Information can be stored in the material directly or holographically.
さらに本発明の調製物は、従来技術から公知のすべての公知方法においても光学 的情報記憶のために使用することができる。Furthermore, the preparations according to the invention can also be used optically in all known methods known from the prior art. It can be used for digital information storage.
前記の紫膜調製物を用いて平行的な入力及び出力を有する可逆的光学データ媒体 も実現することができる０また、偏光コーディング（Ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ ｓｃｏｄｉｅｒｕｎｇ）を有する赤外域用の空間光変調器（ｒａｅｕｓｌｉｃｈ ｅ Ｌｉ−ｃｈｔｍｏｄｕｌａｔｏｒｅｎ）も製造することができる。他の用途 例は、光学的神経網（ｏｐｔｉｓｃｈｅ ｎｅｕｒｏｎａｌｅ Ｎｅｔｚｅ）、 連合メモリー（ａｓｓｏｚｉａｔｉｖｅ ５ｐｅｉｃｈｅｒ）及びパターン認識 の分野で使用するための再構成可能の光学的及び／又はホログラフィ−的メモリ ーである。また本発明の調製物を再構成可能の吸収器、光学要素又は再構成可能 の位相変調器として使用することも可能である（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅ ｓｔ ｏｎ ５ｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ ｌ１ｏｄｕｌａｔｏｒｓａｎｄ、＾ ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、 ０ｐｔｉｃａｌ ５ｏｃｉｅｔｙ ｏｒ＾−ｅｒｉ ｃａ、Ｗａ−ｓｎｉｎｇｔｏｎ １９９０ ）。Reversible optical data carrier with parallel input and output using the purple membrane preparation described above 0 Also, polarization coding (Polarization Spatial light modulator for infrared region (raeuslich) with scodierung e.Li-chtmodulator) can also be produced. Other uses Examples are optical neural nets, Associative memory and pattern recognition reconfigurable optical and/or holographic memory for use in the field of - is. The preparation of the invention can also be used as a reconfigurable absorber, an optical element or a reconfigurable It is also possible to use it as a phase modulator (Technical Dige). st on 5patial Light l1odulatorsand, ^ pplications, 0ptical 5ociety or＾-eri ca, Wa-snington 1990).
また該調製物は、一時的記憶媒体と組合せて又は他の紫膜変形物と混合して使用 することもできる。The preparation may also be used in combination with a temporary storage medium or mixed with other purple membrane variants. You can also.
公知の種類のＢ Ｒ媒体及び本願に記載した長期間記憶媒体の層的配置によって 、（ａ）種々の波長による書込みによって、（ｂ）種々の強さくもしくはエネル ギー２強さＸ時間）による書込みによって、情報を選択的に（ｉ）専ら短期間記 憶装置に書込み、（■）短期間−及び長期間記憶装置に書込み、（ｉｔ）専ら長 期間記憶装置に書込むことができる。短期間−及び長期間記憶装置中に存在する 情報の光学的比較によって、公知種類の情報処理方法を容易に実現することがで きる。By the layered arrangement of known types of BR media and long term storage media as described in this application. , (a) by writing with different wavelengths, (b) with different intensities or energies. Information can be recorded selectively (i) exclusively for short periods of time by writing with write to storage, (■) write to short- and long-term storage, (it) write exclusively to long-term storage; Can be written to period storage. resides in short-term and long-term storage By optical comparison of information, information processing methods of known types can be easily realized. Wear.
次に実施例及び比較例により本発明を詳述する。Next, the present invention will be explained in detail with reference to Examples and Comparative Examples.
例 １ ２０〜６００ｎＩｌの光学密度を有するＢ Ｒ０８６，９６Ｉｌ型の紫膜懸濁液 １．０ｍＡ’を、細孔径２４人の透析膜で閉鎖されている、微小透析室中に満た した。グリセリン８０重量％及びＮａＣｎ５０ｍＭを含有する１００．ｍＭクエ ン酸塩緩衝液（ｐＨ５，０）２０重量％から成る混合物に対して透析した。透析 は３６時間行い、この際Ｉｌ衝液−グリセリンー塩−混合物を２回交換した。Example 1 Violet membrane suspension of type B R086,96Il with an optical density of 20-600 nIl 1.0 mA' was filled into a microdialysis chamber closed with a dialysis membrane with a pore size of 24 mm. did. 100. containing 80% by weight glycerin and 50mM NaCn. mm quest Dialysis was performed against a mixture consisting of 20% by weight of phosphate buffer (pH 5,0). dialysis was carried out for 36 hours, during which time the Il solution-glycerin-salt mixture was exchanged twice.
得られた物質を、厚さ１００μｍのＰｖＣ製スペーサによって分離されている２ 枚の平面研磨ガラス板の間に導入した。The resulting material was separated by a 100 μm thick PvC spacer. It was introduced between two flat polished glass plates.
このようにし得られた、Ｂ Ｒｏｓｓ、 ｓｅｗの膜は、５７５ｎｓで吸収極大 を有しかつ１５０ｎ−の吸収帯の半減値幅を有する、出発状態Ｅの吸収スペクト ルを有する。The B Ross, sew film obtained in this way has an absorption maximum at 575 ns. and a half-width of the absorption band of 150n- has a file.
波長６７６ｎ■の光で照射することによって、４９０ｎｍの吸収極大及び１８０ ｎ■の吸収帯の半減値幅を有する光生成物が杉成される。この光生成物は９−ｃ ｉｓ −レチナールを含有する。照射を１４０ ｍＷ／ｃ■２の強さで１０分間 にわたって行うと、前記反応は９０％よりも多（達成された。この紫膜調製物の 記憶時間は室温で３０週を著しく越えている。８−カ月後には光生成物Ｐの２０ ％未満が分解されていた。この光生成物Ｐを波長５３２ｎ■の光で１０分間照射 することによって、出発状態が回復された。By irradiating with light with a wavelength of 676 nm, absorption maximum at 490 nm and absorption maximum at 180 nm are achieved. A photoproduct having a half-width absorption band of n■ is formed. This photoproduct is 9-c is-contains retinal. Irradiation was performed at a strength of 140 mW/c■2 for 10 minutes. When carried out over a period of time, the reaction was achieved by more than 90%. Memory time is significantly greater than 30 weeks at room temperature. After 8-months, 20 of the photoproduct P less than % was decomposed. Irradiate this photoproduct P with light with a wavelength of 532n for 10 minutes By doing so, the starting state was restored.
６７６０ｍの波長を有する直線偏光で書込んだ情報、例えば書込み点パターン（ 第１図参照）は、波長７９９ｎｍを有しかつ記録の際に使用された偏光方向に対 □して４５″旋回された偏向を有する直線偏光によって選択的に又は全部読取る ことができた。このために波長７９９ｎｓ＋の光で紫膜調製物を照射した。紫膜 調製物の後ろには直線偏光フィルターが取付けられており、このフィルターは、 紫膜調製物が照射されなかった位置では透過が観察されないように調整されてい た。紫膜調製物が光生成物ないしは記憶状態を含む位置には、透過強度が観察さ れた。Information written with linearly polarized light having a wavelength of 6760 m, such as a writing point pattern ( (see Figure 1) has a wavelength of 799 nm and corresponds to the polarization direction used during recording. □ Selectively or fully read by linearly polarized light with polarization rotated by 45″ I was able to do that. For this purpose, the purple membrane preparation was irradiated with light of wavelength 799 ns+. purple membrane A linear polarizing filter is installed behind the preparation, and this filter Adjustments were made so that no transmission was observed at positions where the purple membrane preparation was not irradiated. Ta. At locations where the purple membrane preparation contains photoproducts or memory states, transmission intensity is observed. It was.
例 ２ ６００ｎｍで２０の光学密度を有するＢ Ｒｎ６ａ、１１６Ｎ型の紫膜懸濁液０ ．５ｍ／に、塩化ナトリウム５０ ａｓｏｌ／ｌ及びグリセリン６％（Ｖ／Ｖ） を含有するクエン酸緩衝液（ｐ ＩＩ ５ ） ９．５ （ａ （１００ｍ５ｏ ｌ／ｊ）を加えた。ｐ ＩＩはガラス電極で調節した。得られた懸濁液を平面研 磨ガラス板（直径２２．４ｍｍ）で閉鎖されたテフロンシリンダー（内径１６． ２１ｍ）中に充填しかつ適当な遠心ホルダーにはめ込んだ。超遠心機において４ ５分間、ＴＳＴ２８．２型ローターで２３００ Ｏｒｐｍで遠心分離した。次に 透明な上澄みを棄てた。得られた紫膜フィルムはシリンダ一孔の直径を有してお り、このものを２０℃及び３０％の相対空気湿度で２４時間乾燥させた。このフ ィルムを平面研磨ガラス板（直径２２．４ｍｍ）と−緒に加圧した。この際２０ μｍを有する特殊鋼リングをホールダーとして使用した。このようにして得られ たフィルムは５重量％（２０℃でＣａＣｒ２を介して２４時間乾燥する際に重量 損失）の水分を有していた。６７６ｎｍの波長の光を用いて１００ｍ Ｗ ／ ｃｍ”の強度で１４分照射することによって得られた光生成物は約１週間の記憶 時間を有していた。Example 2 Violet membrane suspension of type BRn6a, 116N with an optical density of 20 at 600 nm 0 ．． 5m/, sodium chloride 50 asol/l and glycerin 6% (V/V) Citrate buffer containing (p II 5) 9.5 (a (100 m5o l/j) was added. pII was adjusted with a glass electrode. The resulting suspension was polished on a plane. A Teflon cylinder (inner diameter 16 mm) closed with a polished glass plate (diameter 22.4 mm). 21 m) and fitted into a suitable centrifuge holder. 4 in an ultracentrifuge Centrifugation was performed for 5 minutes at 2300 rpm in a TST28.2 type rotor. next The clear supernatant was discarded. The resulting purple membrane film has the diameter of one cylinder hole. This was then dried for 24 hours at 20° C. and 30% relative air humidity. This frame The film was pressed together with a flat polished glass plate (diameter 22.4 mm). At this time 20 A special steel ring with μm was used as a holder. obtained in this way The film was 5% by weight (weight when dried for 24 hours at 20°C over CaCr2). water loss). 100m W/ using 676nm wavelength light The photoproducts obtained by irradiation for 14 minutes at an intensity of I had time.
情報の破壊のない読取りは、例１で記載したように可能であった。Reading without destruction of information was possible as described in Example 1.
比較例１ 例１と同様に作業した。但しグリセリンの代りに水に、前記緩衝液及びＮａＣｌ ［ＮａＣ１５０ｍＭを含有するクエン酸塩緩衝液（ｐＨ５，ｏ）ｌ ００ｍＭ ］を加え、Ｂ Ｒｏｓａ、 ９８Ｎ懸濁液を前記混合物に対して透析した。この ようにして得られたフィルムを、例１と同様に波長６７６■の直線偏光で照射し た（１４０ｍＷ／ｌＱ＋５ｉｎ）。このようにして書込まれた情報は情報運搬光 （ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｔｒａｇｅｎｄｅｓ Ｌｉｃｈｔ）の切断後にはも はや読取ることはできない。それというのも記憶状態があまりに短寿命であるか らである。Comparative example 1 Work was carried out in the same manner as in Example 1. However, instead of glycerin, water, the above buffer solution and NaCl [Citrate buffer containing 150mM NaC (pH 5, o) l 00mM ] and the B Rosa, 98N suspension was dialyzed against the mixture. this The film thus obtained was irradiated with linearly polarized light having a wavelength of 676 cm in the same manner as in Example 1. (140mW/lQ+5in). The information written in this way is transmitted through information-carrying light. (Information Stragendes Licht) After cutting It can no longer be read. Is it because the memory state has such a short lifespan? It is et al.
比較例２ 例２と同様に作業した。バクテリオロドプシン変異体Ｂ ＲＤ８５．９６Ｎを含 有する紫膜の代りに、バクテリオロドプシン変異体０９１１Ｎを含む紫膜を使用 した。例１で記載したように集団化された（ｐｏｐｕｌｉｅｒｔ）光中量体は１ ０分未満の記憶時間を有している。Comparative example 2 Work was carried out in the same manner as in Example 2. Bacteriorhodopsin variant B containing RD85.96N Instead of the purple membrane containing the bacteriorhodopsin mutant 0911N, a purple membrane containing the bacteriorhodopsin mutant 0911N is used. did. The populiert photoneumers as described in Example 1 are 1 It has a storage time of less than 0 minutes.
比較例３ 比較例２と同様に作業した。バタテリオ口ドブシン変異体ＢＲＤ９６Ｎを含有す る紫膜の代りに、バクテリオロドプシン変異体Ｂ Ｒｏｇ５ｔ （Ｈ，Ｊ、 Ｂ ｕｔｔ等、Ａｓｐａｒｔｉｃａｃｊｄｓ ９６ａｎｄ ８５ ｐｌａｙ ａ ｃ ｅｎｔｒａｌ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｃｔｅｒ ｉｏｒｈｏｄｏｐｓｉｎ ａｓ ａ ｐｒｏｔｏｎ ｐｕｍｐ。Comparative example 3 The work was carried out in the same manner as in Comparative Example 2. Containing the batatateriodobuscin mutant BRD96N Instead of the purple membrane, bacteriorhodopsin mutant B Rog5t (H, J, B utt etc., Asparticacjds 96 and 85 play a c internal role in the function of bacteria iorhodopsin as a proton pump.
ｔｈｅ Ｅ Ｍ Ｂ ＯＪｏｕｒｎａｌ ｖｏｌ、 ８、ｎｏ、６（１９８９） 、ｐｐ、 １６５７−１６６３ ）を含む紫膜を使用した。集団化された光中量 体は約４．５時間の寿命を有している。the EMB OJournal vol, 8, no, 6 (1989) , pp, 1657-1663) was used. collective light amount The body has a lifespan of approximately 4.5 hours.
手続補正書Procedural amendment
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